有線傷損鋼軌移動閃光焊接施工技術
前言：本站為你精心整理了有線傷損鋼軌移動閃光焊接施工技術范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。
摘要：鐵路線路的維修維護是保證運輸安全與穩定的重要工作，采用閃光焊接方法處理無縫線路中傷損鋼軌的效果較好。概述了既有線閃光焊施工技術現狀，包括線下焊接、線上焊接和插入焊3種施工方式；分析總結了3種方式存在的問題和解決方法；對既有線閃光焊施工技術的進一步發展提出展望。
關鍵詞：鋼軌；無縫線路；傷損焊接接頭；閃光焊；插入焊；焊軌施工
近年來，我國鐵路行業飛速發展，截至2022年12月，我國鐵路運營里程達到15.5萬km，其中高速鐵路運營里程達4.2萬km。面對逐年增長的運營里程、貨物發送量、旅客承載量，鐵路線路的維修維護便成為確保鐵路運輸安全與穩定的重要工作。隨著我國社會經濟的進步，高速鐵路無縫線路施工技術已越來越成熟，鐵路無縫線路的鋪設也逐年增多。無縫線路建成后達到一定運營里程或鋼軌磨損達到一定程度后就要進行換鋪，相比新線施工，既有線施工量更大一些。在處理既有線傷損鋼軌接頭時，常見的維修處理方法有鋁熱焊接、閃光焊接和氣壓焊接。鋁熱焊接具有設備小巧靈活、焊接時無需移動母材等優點，但因其接頭為鑄造組織，強度韌性較低、傷損率高，接頭質量易受環境和作業人員操作影響[1-3]。尤其是既有線鋼軌在服役期間產生磨損，導致砂型與鋼軌不能完全密貼、易產生溢流飛邊等問題，進而影響接頭使用壽命。因此，鋁熱焊接已逐漸不適應我國大規模鐵路維修安全可靠的要求。氣壓焊接頭為鍛造組織，相比鋁熱焊接頭質量較好，無需大功率電源，焊接時間短。但因鋼軌端面的清潔度要求嚴格，且氣壓焊采用火焰由表及里以熱傳遞的方式加熱鋼軌，加熱效率低，很難做到均勻加熱，其焊接質量易受操作人員和環境因素的影響[4-5]。閃光焊接頭為鍛造組織，具有晶粒較細、強度大、韌性好、耐磨性高、平順性好等特點。閃光焊因其焊接質量穩定、自動化和機械化程度高、受人工操作水平影響小等優點，已逐漸成為國內無縫線路接頭的主要焊接方法[6]。據統計，國內無縫線路接頭中閃光焊接頭的占有率最高，接頭斷軌率最低。鑒于此，圍繞既有線鋼軌移動閃光焊施工方法的現狀，分析總結了線下焊接、線上焊接和插入焊3種方式存在的問題和解決方法，并展望了既有線鋼軌移動閃光焊施工的發展情況。
1移動閃光焊施工方式
鋼軌閃光焊接分為焊軌基地廠焊和移動式閃光焊。現階段無縫線路鋼軌焊接流程如圖1所示，在焊軌廠將定尺鋼軌采用固定式閃光焊機焊接成300~500m的長鋼軌，通過長軌運輸車將長鋼軌運送到鐵路現場，再采用移動式閃光焊機將鋼軌焊接成無縫線路[7]。采用移動閃光焊進行鐵路現場鋼軌焊接時，可分為新線焊接和既有線焊接。進行鐵路新線焊接時，先將定尺鋼軌提前卸至承軌槽，在軌溫適宜的條件下，移動閃光焊焊軌車進入區間，完成單元軌節的焊接和放散，采用移動閃光焊焊接新線，因其焊接效率高、焊接速度快和接頭質量好，已在新線建設中占據主導地位。目前，我國新建鐵路線路全部采用移動式閃光焊方法焊接[8]。相比新線施工，既有線施工量更大一些。既有線閃光焊接分為線下焊接和線上焊接，其中線上焊接又分為線上換軌和插入焊。
2既有線線下焊接
采用移動閃光焊進行線下焊接時，利用其他天窗點，先將300~500m長鋼軌提前卸至道肩。當閃光焊施工天窗時，在線路封鎖的情況下，移動閃光焊軌車進入區間將長鋼軌焊連成滿足換軌需求的超長無縫鋼軌。移動閃光焊線下焊接施工流程如圖2所示。
2.1存在問題因各路局施工車型不同、施工條件不同，導致現場采用的施工工藝也存在一定差異。如圖3所示，進行線下焊接時，長鋼軌通常放置于石砟上，若直接焊接，受道床摩擦阻力影響，焊接阻力過大，實際作業情況與焊機預設焊接參數存在偏差，易導致過燒、灰斑等缺陷的產生[9-10]。現有移動閃光焊線下焊接施工方法及特點如表1所示。
2.2解決方法道床阻力會影響閃光焊焊接過程。焊機的焊接參數是根據型式檢驗設置的，型式檢驗時采用短鋼軌，且不存在道床阻力的影響，若在型式檢驗時模擬道床阻力的存在，設定焊接參數，其成本過高，效用不明顯。因此，應選用能夠最大程度降低道床阻力影響、相對節約人工和設備成本、對焊接質量影響最小的方法，具體方法需根據現場實際情況選擇。在人力和設備準備充足的情況下，選取局部撥彎法或全鋪墊滾筒法，盡可能減小道床阻力對焊接質量的影響。
3既有線線上換軌
既有線線上換軌是在線路封鎖狀態下，將線下焊接好的1000~2000m超長無縫鋼軌移動至線上承軌槽，新舊軌之間無需預留消耗量，確保待焊鋼軌兩端的間隙在焊機調整范圍內。按線路應力放散要求，每間隔20根軌枕在鋼軌下支墊滾筒，使接頭盡可能平順。將焊機與鋼軌對位，利用焊機將鋼軌拉至平順，開始焊接工序，圖4為既有線線上換軌施工示意圖。采用保壓焊接的方式進行鋼軌焊接，焊后對鋼軌進行拉伸。
3.1存在問題既有線線上換軌時，面臨的主要問題是在焊機夾持區域，推瘤過程中，軌枕螺栓與推瘤刀行程干涉沖突，影響焊接作業[11]。
3.2解決方法依據現有施工案例[12]，總結出3種方法如表2所示，但在實際施工中3種方法都存在一定的問題。順坡支墊法雖施工方案簡單，易操作，能解決軌枕螺栓與推瘤刀行程的沖突，但局部抬高鋼軌會造成接頭起拱量嚴重超標，鋼軌墊高，焊軌車掉道風險也隨之增大，需配合軌距拉桿使用。軌枕翻面法雖避免了鋼軌太高導致的焊軌車失穩問題，但恢復石砟和軌枕耗時長，且易對線路基礎穩定性造成一定影響。螺栓錨固法具備軌枕翻面法的優點，且相比軌枕翻面法，螺栓錨固法不用清理搗固石砟，但錨固作業過程復雜，且錨固恢復時間長。順坡支墊法是解決軌枕螺栓干涉效率最高、操作最簡單的方法。使用固定端鋼軌專用順坡支墊工具，墊高鋼軌形成順坡的同時，支墊工具有軌底角鎖定扣塊、軌底固定槽、軌枕螺栓卡槽，能牢固鎖定軌距，最大限度減小焊機掉道風險，配合軌距拉桿使用可靠性更高。圖5為固定端鋼軌專用支墊工具。相比于新線焊接，既有線線上換軌需在維修天窗時間內進行，施工結束后要保證鐵路線路的正常運行。正常情況下，按新線焊接方法將龍口進行拉伸鎖定焊，若施工時突發意外情況，例如液壓拉軌器故障導致拉伸鎖定焊無法正常進行，則需在換鋪后的龍口處采用鋁熱焊接方法進行應急焊接，及時提報施工計劃，在下一個維修天窗內進行線上插入焊。
4既有線插入焊
既有線插入焊是指鋸切既有線的傷損舊軌，插入焊接一根6.25m以上的短軌。原則上，普速鐵路插入短軌不少于6.25m，高速鐵路插入短軌不少于20m。一次插入焊作業需焊接2個接頭，如圖6所示，沿焊軌車行進方向，先與既有舊軌焊連的接頭稱為頭端，后與既有舊軌焊連的接頭稱為尾端。4.1存在問題既有線插入焊尾端接頭焊接施工流程如圖7所示。既有線插入焊同樣面臨軌枕螺栓干涉焊機的問題，除此之外，還缺乏固定撥彎鋼軌的專用工具。4.2解決方法焊接既有線插入焊尾端接頭時，現場操作人員將鋼軌向道心內側撥出一定弧度，起到預留消耗量的作用。現有施工情況下，鋼軌撥出時固定方式不規范，現場往往采用短鋼軌、破舊枕木、鋼管等工具對撥彎鋼軌進行支墊。圖8為撥彎支墊工具。支墊工具一端有軌頭卡槽，可緊扣住固定端鋼軌軌頭；另一端有軌枕螺栓卡槽，可牢固固定在軌枕螺栓上。現場進行撥彎焊接時，操作人員先用齒條壓機將撥彎鋼軌抬高至高于軌枕螺栓，使用撬棍將撥彎鋼軌放置于專用支墊工具上，待焊機頂鍛時，再使用撬棍配合頂鍛力將撥彎鋼軌撥回承軌槽。
5展望
既有線鋼軌采用移動閃光焊施工已較為成熟，采用科學合理的施工工藝和安全有序的施工組織，可節省施工時間，提高焊接質量。既有線鋼軌移動閃光焊施工技術尚存在優化空間。一方面，施工配套工機具還具有很大的改良空間，研制自動化配套工機具，能減輕現場人員的工作量，工機具的進一步輕量化也是亟待解決的問題。對配套工機具進一步改良，減輕質量，優化結構，最大程度為現場人員提供便利。例如，現場多采用向道心內側進行撥彎，其支墊工具能以對側直鋼軌為支點進行固定。在不具備道心內側撥彎的工況（如曲線區段），若將鋼軌向道心外側撥出，支墊工具應穩固固定，需研制能夠具備道心內、外側以及鋼軌垂向方向的撥彎支墊工具。另一方面，既有線鋼軌移動閃光焊施工工藝中，諸多參數的制定沒有量化，僅依據現場人員經驗，例如既有線鋼軌插入焊中，距待焊接頭的撥彎距離，撥出“彎”的弦長以及弓矢的精確值缺乏理論依據支撐。盡管目前根據人員經驗可以完成焊接作業，但是只有對這些參數的取值進行深入研究，科學制定施工工藝，才能更好地確保移動閃光焊施工方法在無縫線路的優勢，為線路質量安全提供更有效的保障。
參考文獻：
［1］呂其兵，張曦.高速鐵路軌道焊接質量控制現狀與趨勢［J］.電焊機，2019，49（2）：1-5.
［2］任金雷，高松福，石孟雷，等.鋼軌鋁熱焊接砂型及焊接工藝優化［J］.鐵道建筑，2022，62（5）：55-58.
［3］張琪，李力，宋宏圖，等.無縫線路鋼軌焊接技術發展現狀及趨勢［J］.熱加工工藝，2017，46（3）：10-12.
［4］朱志明，范開果，潘際鑾.高速鐵路鋼軌焊接技術的發展與應用［J］.焊接，2013，479（5）：5-10+68.
［5］廖馬宏.重載用高耐磨、高強韌過共析鋼軌氣壓焊工藝研究［D］.成都：西南交通大學，2021.
作者:李政 高松福 宋宏圖 李澤明 郭林泉 張健 單位:中國鐵道科學研究院集團有限公司 中國鐵路北京局集團有限公司 中國鐵路太原局集團有限公司 北京中鐵科新材料技術有限公司
